Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

Механические свойства металла поковок приведены в табл. 42—44.

Для роторов паровых турбин перспективными являются высо­ кохромистые упрочненные стали. Изготовлены и исследованы опытные поковки из таких сталей.

Механические свойства валов после окончательной термической обработки определяют на продольных образцах, вырезанных из припусков, являющихся полномерным продолжением обоих кон­ цов вала, на глубине средней трети радиуса. В отдельных случаях, по договоренности между поставщиком и заказчиком, испытывают

187

42. Механические свойства сталей в зависимости от температуры

ные, вырезаны из сту­ пицы

тангенциальные образцы. Для цельнокованых роторов кроме образцов, взятых с концов вала, дополнительно испытывают тан­ генциальные образцы из кольца, отрезанного от бочки ротора со стороны, соответствующей верху слитка.

Испытания механических свойств валов и роторов проводят на заводе—изготовителе поковок и, повторно, на турбинном за-

188

44. Механические свойства поковок из стали 20ХЗМВФ

воде, для которого они изготовлены. Из продольного припуска обычно вырезают один образец для испытаний на растяжение, два для исследований на ударную вязкость и один для испытаний на изгиб. Чтобы получить более надежные результаты, целесооб­ разно испытывать на турбинных заводах по два образца на растя­ жение и по три — на ударную вязкость. Образцы берут от каждого продольного припуска.

Не создавая существенной дополнительной загрузки, так как количество обрабатываемых валов и роторов в течение года на турбинном заводе сравнительно невелико, указанное увеличение количества образцов повышает надежность результатов испыта­ ний, а значит и уверенность в правильности принимаемых решений о пригодности поковок. С кольца на бочке ротора обычно берут по два образца для испытаний на растяжение, по два на ударную вязкость и по одному на изгиб. Образцы на растяжение и удар­ ную вязкость вырезают из диаметрально противоположных участ­ ков кольца.

Испытания на изгиб проводят вокруг оправки диаметром 40 мм. Твердость в различных точках по окружности вала или бочки рбтора не должна отклоняться более чем на НВ 30, а по длине на НВ 40. Так же, как и в поковках дисков, в металле валов и роторов не допускается наличие таких дефектов, как трещины, остатки рыхлости, флокены, волосовины и пр. Единичные дефекты можно удалять пологой вырубкой или зачисткой, если их глу­ бина не превышает 2/3 припуска на окончательную механическую обработку. Это не относится к флокенам, обнаружение которых является основанием для признания поковки непригодной.

Техническими условиями на заготовки валов и цельнокованыхроторов стационарных и транспортных турбин на шейках валов

189

ироторов допускаются разрозненные неметаллические включения

ипоры длиной до 1 мм (не более пяти), а длиной до 1,5 мм (не более двух) на площади до 25 см2. Таких включений на шейке допу­ скается не более 15. Поверхности шеек в местах посадки подшип­ ников не должны иметь неметаллических включений.

Травлению на флокены подвергают шейки и торцы валов и

.цельнокованых роторов. В последних дополнительно травят по­ верхности у основания бочки ротора, на ее торцах и на отдельных участках вала между дисками. Травление проводят дважды: у поставщика после черновой механической и термической обра­ ботки и на турбостроительном заводе после обработки с при­ пуском до 2 мм. Травление и осмотр выполняют, как было описано для дисков. Серные отпечатки берут на тех же участках, где проводят травление.

Крупные валы и роторы обычно изготовляют полыми, а для выявления трещин, волосовин и пр. тщательно осматривают пред­ варительно отполированные внутренние поверхности. Для осмотра осевых отверстий применяют весьма совершенные приборы, позво­ ляющие не только рассмотреть тот или иной дефект на внутрен­ ней поверхности, но и сфотографировать его. На поверхности осе­ вого отверстия (при перископическом осмотре с двукратным уве­ личением) не допускаются трещины, раковины, остатки усадочной рыхлости, неметаллические включения длиной более 3 мм или скопления мелких неметаллических включений размером до 1,5 мм в количестве более 10 шт. на площади 60 см2; не допускаются также включения, расположенные цепочкой. Общее количество включений всех размеров на поверхности осевого отверстия не должно превышать 75 шт.

Установление того или иного количества и размеров дефектов, выявляемых в процессе испытаний поковок дисков, валов, рото­ ров и других заготовок в качестве критерия для оценки их год­ ности, является в значительной мере условным и не может счи­ таться строго обоснованным. Поэтому, несмотря на то, что кри­ терии вырабатываются обычно с использованием данных много­ летнего опыта производства и эксплуатации заготовок соответ­ ствующих видов, следует предостеречь от формального подхода к вопросу о пригодности заготовок, где наблюдается несколько повышенное количество неметаллических включений.

В таких случаях необходим тщательный и всесторонний ана­ лиз результатов всех испытаний заготовки, изучение фактически осуществленного технологического процесса ее производства, для того чтобы избежать необоснованного забракования загото­ вок. Это следует иметь в виду особенно при осмотре крупных поко­ вок роторов со сложным и длительным циклом производства.

Поковки роторов и валов с диаметром не менее 400 мм подвер­ гают контролю на остаточные напряжения. Их определяют по деформации кольца, отрезанного от бочки ротора или от вала со стороны, соответствующей большему диаметру (рис. 56). Изме­

190

рения проводят по наружному диаметру кольца, расчет остаточ­ ных напряжений по изменению диаметра кольца ведут аналогично описанному для дисков. Отрезая кольцо и измеряя его, необ­ ходимо соблюдать те же предосторожности, которые указаны для дисков. Техническими условиями для поковок валов и рото­ ров допускаются остаточные напряжения, не превышающие

5кгс/мм2.

іДля суждения о степени структурной однородности, симметрич­ ности строения металла валов и роторов их подвергают так назы­ ваемому тепловому испытанию, проводимому на турбинном за­

воде, когда механическая обработка вала или ротора близка к окончательной. Некоторые заводы оставляют припуски на все диаметры до 2 мм на сторону, другие подвергают тепловому

гиба от собственного веса, медленно на­ гревают до температуры, определяемой в зависимости от темпе­

ратуры эксплуатации и марки стали, из которой изготовлена поковка.

Температура нагрева превышает максимальную температуру рабочей среды не менее, чем на 50° С; валы и роторы из углероди­ стой, хромистой или никелевой стали обычно нагревают до 400° С, из сталей 34ХМ, 34ХН1М — до 450° С, из стали Р2М — до 550° С. При заданной температуре ротор выдерживают до ее выравнива­ ния по всему сечению, после чего ротор медленно охлаждают. В течение всего времени нагрева, выдержки и начального периода охлаждения измеряют индикаторами прогиб испытываемого вала или ротора.

Если при тепловом испытании ротора обнаруживается прогиб, достигающий наибольшего значения при максимальной темпе­ ратуре, уменьшающийся по мере ее снижения и исчезающий при полном охлаждении ротора, то, значит, поковка имеет существен­ ную несимметричность строения, неблагоприятное расположение сегрегационной зоны, местные рыхлости, несовпадение оси по­ ковки с осью слитка или другие отклонения от нормы. Эти де­ фекты, обнаруживаемые при нагреве вследствие разной тепло­ проводности металла в радиальных направлениях, будут препят­ ствовать нормальной эксплуатации турбины. Поэтому при таких результатах испытания вал или ротор обычно бракуют, так как подобная несимметричность строения, как правило, не может быть устранена термической обработкой, а другие методы нельзя применить, так как ротор почти не имеет припусков.

191